Susceptibility of goats to the BSE agent with special emphasis on the neuropathogenesis

Transmissible spongiforme Enzephalopathien (TSEs) stellen eine Gruppe progressiver Erkrankungen des Nervensystems von Tieren und Menschen dar, deren Neuropathologie typischerweise durch spongiforme Veränderungen in der grauen Substanz, eine Astrogliose sowie einen neuronalen Verlust charakterisiert ist. Im Hinblick auf die Pathogenese werden diese Alterationen durch die Akkumulation einer abnormalen und infektiösen Isoform (PrPSc) des von Wirtszellen gebildeten Prionproteins (PrPC) initiiert. Seitdem die Übertragbarkeit der bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) auf den Menschen in Form einer Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (vCJK) bekannt ist, besteht ein großes, öffentliches Interesse an der Erforschung dieser Erkrankung. Neben dem Rind besteht in der jüngsten Zeit zunehmend ein wissenschaftliches Interesse an der Erforschung von BSE bei kleinen Wiederkäuern. Beispielsweise wurde im Vereinigten Königreich und Frankreich eine Infektion von Ziegen mit BSE nachgewiesen. Unter den verschiedenen TSEs stellt die Scrapie (Traberkrankheit) die wichtigste Erkrankung der kleinen Wiederkäuer dar, deren Ausprägung stark vom Genotyp des für das zelluläre Prionprotein kodierenden Gens (PRNP) abhängt. Bei Ziegen wurden verschiedene PRNP-Polymorphismen beschrieben, die mit einer differierenden Empfänglichkeit für die klassische Scrapie einhergehen. Hierbei wiesen mehrere epidemiologische Studien, experimentelle Infektionen von Ziegen sowie Untersuchungen an transgenen Mäusen auf den positiven Einfluss der K222 PRNP-Variante in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Scrapie-Infektion hin. Dagegen ist der potenzielle Einfluss des PRNP-Genotyps auf eine BSE-Erkrankung bei Ziegen bisher unbekannt. Mehrere Studien an oral mit Prionen infizierten Tieren zeigten die große Bedeutung des lymphoretikulären Systems und des peripheren Nervensystems (PNS) für die Neuroinvasion des Agens. Kürzlich wurde gezeigt, dass TSE-Erreger bei Hamstern, Schafen und Rindern entlang des sympathischen und parasympathischen Nervensystems in das zentrale Nervensystem (ZNS) gelangen. Bei oral mit BSE infizierten Rindern scheint dem sympathischen Nervensystem die größte Rolle für die initiale Ausbreitung des Prion-Agens zuzukommen. Hierbei betrifft bei Rindern eine Prionenausbreitung entlang des sympathischen Nervensystems die Ganglia coeliacum und mesentericum craniale (GCMC), das Ganglion cervicale craniale, die Nervi splanchnici und die Substantia intermedia im thorakolumbalen Bereich des Rückenmarks. Die zellulären und molekularen Komponenten und Mechanismen, die an der zentripetalen Ausbreitung von Prionen beteiligt sind, sind bisher weitgehend unbekannt. Hypothetisch könnten Prionenproteine axonale Transportsysteme benutzen, sich im interneuralen Raum zellfrei und zellgebunden ausbreiten, sequentiell Schwannzellen infizieren, um somit final die Konformationsänderung des unveränderten zellulären Prionproteins in die abnormale Isoform zu induzieren. Dennoch bleiben der genaue Zeitverlauf und die Rolle der verschiedenen Regionen im ZNS und PNS für das klinische Auftreten einer Prionenerkrankung immer noch unklar. Die Ziele dieser Studie bestanden darin, den Einfluss bestimmter PRNP-Genotypen auf die orale Empfänglichkeit für BSE bei Ziegen aufzuklären sowie pathologische Veränderungen in ausgewählten Lokalisationen des PNS und im Rückenmark zu charakterisieren. Hierfür wurde eine immunhistologische Untersuchung bei experimentell infizierten Ziegen durchgeführt, um potenzielle Schäden am axonalen Zytoskelett und Störungen des axonalen Transports aufzudecken. Außerdem sollte geklärt werden, inwieweit es einen pathogenetischen Zusammenhang zwischen ultrastrukturellen Veränderungen und PrPSc-Ablagerungen im Ganglion cervicale craniale bei experimentell mit BSE-infizierten Ziegen gibt. Für diese Untersuchungen wurden verschiedene Gewebe des ZNS und PNS von Kontrollziegen und BSE-infizierten Ziegen verschiedener Genotypen (IRQ/IRQ, IQQ/IRQ und IRK/IRQ) entnommen. Die IRQ/IRQ-Wildtyp-Ziegen zeigten die ersten klinischen Symptome 24 Monate post infectionem (p.i.), während diese bei IQQ/IRQ (R/Q211)-Ziegen erst 33 Monate p.i. auftraten. Im Gegensatz zu den IRQ/IRQ- und IQQ/IRQ-Ziegen wurden bei IRK/IRQ (R/K222)-Ziegen weder klinische Symptome noch PrPSc-Ablagerungen mit neuropathologischen Veränderungen festgestellt. Allerdings wies das Gehirn einer IRK/IRQ-Ziege, welche 44 Monate p.i. getötet wurde, eine sehr geringe Infektiosität auf. Diese Ergebnisse deuten auf eine geringere BSE-Empfänglichkeit von IRK/IRQ-Ziegen gegenüber IRQ/IRQ- und IQQ/IRQ-Ziegen hin, so dass die K222PRNP-Variante Ziegen möglicherweise vor einer oralen BSE-Infektion schützen kann. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Auftreten von BSE bei Ziegen vom Genotyp abhängt und somit die gezielte Zucht der K222PRNP-Variante möglicherweise eine geeignete Möglichkeit darstellt, natürliche Fälle von TSE bei Ziegen auszumerzen. In der vorliegenden Studie wurde die Expression zahlreicher Antigene (azetyliertes α-Tubulin, βIII Tubulin, β-APP, CNPase, GFAP, Iba1, Kinesin 5A, MAP2, MHC class II, p75NTR, Periaxin, Synaptophysin, pNF, Tau1 und Vimentin) im Rückenmark und GCMC immunhistologisch untersucht. Allerdings fanden sich keine Unterschiede in der Antigenexpression zwischen BSE-positiven und -negativen Ziegen. Darüber hinaus zeigten sich keine ultrastrukturellen Veränderungen im Ganglion cervicale craniale, obwohl bei früheren Untersuchungen an TSE Synapsen im ZNS auf ultrastruktureller Ebene verändert waren. Ob pathologische Synapsenveränderungen bei Prionenerkrankungen auf das ZNS beschränkt sind, muss jedoch in weiteren Studien bestätigt werden. Interessanterweise zeigte die vorliegende Studie eine abnormale Expression des nicht-phosphorylierten Neurofilaments (nNF) in Axonen der weißen Substanz des Rückenmarks, welche auf klinisch an BSE erkrankte und PrPSc-positive Ziegen beschränkt war. Somit treten wahrscheinlich im Verlauf der BSE-Erkrankung von Ziegen axonale Schäden und Störungen des axonalen Transports auf. Allerdings muss in zukünftigen Untersuchungen abgeklärt werden, ob die abnormale Akkumulation von nNF in einem kausalen Zusammenhang mit gestörten Transportmechanismen im Axon, der Ausbreitung von Prionen und/oder einer neuronalen Degeneration steht. Des Weiteren wurde mittels der durchgeführten immunhistologischen Untersuchungen erstmalig eine Ablagerung von PrPSc in Gliazellen der weißen Substanz des Rückenmarks bei an BSE erkrankten Ziegen nachgewiesen, so dass Gliazellen möglicherweise eine wichtige Rolle in der Ausbreitung von Prionen spielen.